14.2电磁波的震荡-人教版高中物理选修3-4教案
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14.2 电磁振荡【教学目标】1、知识与技能:理解LC回路中产生振荡电流的过程掌握分析电磁振荡过程及变化的规律。
知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别2、过程与方法:了解物理过程的一般推理方法3、情感态度与价值观:体会动态和暂态的辨证关系【重点难点】1、重点:对振荡电路,振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识电场能和磁场能的转化过程2、难点:LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点,也是难点。
【授课内容】引入新课引导学生见课本图示,参照此图认真阅读课本关于电磁振荡的叙述,以便在头脑中建立起形象的电磁振荡的物理图象。
进行新课一、电磁振荡现象概念总结1、像这样产生的大小和方向的电流,叫做振荡电流,能产生振荡电流的电路,叫振荡电路,上面的LC回路叫。
2、再将振荡电流信号取出接在示波器上观察波形,就会发现,LC回路里产生的振荡电流跟正弦式电流一样,也是按正弦规律变化的。
指出振荡电流实质上就是前边学过的交流电,它也是按变化的。
二、电磁振荡的产生过程①给电容充电,如图所示,电容器中储存一定的电场能(E电)②电容C放电,如图所示,电场能转化为磁场能③反向充电过程,是磁场能转化为电场能的过程④电容C再次反向放电过程像上述情况,电路中的电场能和磁场能(与之对应的电荷Q和电流i)做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象。
三、无阻尼振荡和阻尼振荡(1)振荡电路中,若没有能量损耗,则振荡电流的振幅(Im)将不变,如图9所示,叫做无阻尼振荡(或等幅振荡)(2)阻尼振荡,任何振荡电路中,总存在能量损耗,使振荡电流i的振幅逐渐减小,如图10所示,这叫做阻尼振荡(或叫减幅振荡),请同学们想一下,电路损耗的能量哪里去了?如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量,就可以保持等幅振荡,这类似于受迫振动。
四、电磁振荡的周期和频率T=f=【课堂训练】例1、当LC振荡电路中电流达到最大值时,下列叙述中正确的是()。
A.磁感应强度和电场强度都达到最大值B.磁感应强度和电场强度都为零C.磁感应强度最大而电场强度为零D.磁感应强度是零而电场强度最大例2、下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线,由图可知()。
第1~3节电磁波的发现__电磁振荡电磁波的发射和接收____一、电磁场和电磁波1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场。
(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场。
图14-1-1图14-1-1甲变化的磁场在其周围空间产生电场。
图乙变化的电场在其周围空间产生磁场。
2.电磁场1.英国物理学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
德国物理学家赫兹证实了电磁波的存在。
2.LC 电路的周期(频率)公式:T =2πLC ,f =12πLC。
3.无线电波的发射和接收过程:调制⎩⎨⎧调幅调频→发射→接收→调谐→解调。
变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场。
3.电磁波(1)电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的,这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。
(2)电磁波的特点:①电磁波是横波,电磁波在空间传播不需要介质;②电磁波的波长、频率、波速的关系:v=λf,在真空中,电磁波的速度c=3.0×108 m/s。
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。
二、电磁振荡1.振荡电流:大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流。
2.振荡电路:能够产生振荡电流的电路。
最基本的振荡电路为LC振荡电路。
3.电磁振荡:在LC振荡电路中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流,电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程。
4.电磁振荡的周期与频率(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
(2)频率:1 s内完成周期性变化的次数。
振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率。
(3)周期和频率公式:T=2πLC,f=12πLC。
三、电磁波的发射1.要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有两个特点:(1)要有足够高的振荡频率,频率越高,发射电磁波的本领越大。
2 电磁振荡一、教学目标(1)知道什么是LC振荡电路和电磁振荡。
(2)了解LC回路中振荡电流的产生过程。
(3)知道产生电磁振荡的过程中,LC振荡电路中的能量转换情况。
(4)了解阻尼振荡和无阻尼振荡。
二、重点、难点1.LC回路的工作过程和相关物理量的变化规律。
2.振荡电流产生的物理原因和实质。
三、教学过程(-)引入新课我们知道广播、电视、雷达等信号要依靠电磁波传送,那么电磁波是如何产生的呢?请同学们回忆机械波是怎样产生的。
(请学生回答)电磁波是利用电磁振荡产生的。
(二)进行新课电磁振荡是怎样产生的呢?观察下面的实验:简单的给学生说明电路组成,画出示意图我们看到电流表的指针左右摆动,表明电路里产生了大小和方向作周期性变化的电流。
1.这种电路产生的大小和方向都作周期性变化的电流,叫做振荡电流。
2.能够产生振荡电流的电路,叫做振荡电路。
如上图,是一中简单的振荡电路,称为LC回路。
注意:我们做实验能观察到电流表指针左右摆动,表明这个电路中振荡电流的频率是很低的。
这种大电感和大电容组成的LC回路仅供演示,不能实用。
在无线电技术中实际使用的振荡电流的频率是很高的,要用示波器观察。
可以发现,LC回路里产生的振荡电流跟正弦交流电一样,也是按正弦规律变化。
那么,LC回路中的振荡电流是怎样产生的呢?3.LC回路振荡过程分析:理解LC回路产生振荡电流的过程,关键是理解线圈的自感作用和电容器的充放电作用。
设想,如果电路中没有线圈只有电容器,充电后接通电路,产生瞬时电流,正负电荷中和后,电流也就消失了,电容器只能放电一次。
如果电路中还有一个电感线圈,充电后的电容器对电感线圈放电,情况就不一样了。
电容器开始放电形成电流时,由于线圈的自感作用,使得电路中的电流逐渐增大,随着电流的逐渐增强,线圈周围的磁场也逐渐增强。
同时,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器的电场逐渐减弱,在这个过程中,电容器的电场能逐渐转化成线圈中的磁场能。
放电完毕,电流达到最大值,电场能全部转化为磁场能。
电磁波的发现电磁振荡[目标定位] 1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义.2.了解电磁波的特点及其发展过程,通过电磁波体会电磁场的物理性质.3.了解振荡电流、振荡电路及LC电路的振荡过程,会求LC电路的周期与频率.一、电磁波的发现1.伟大的预言(1)麦克斯韦电磁场理论的基本观点:________的磁场产生电场,________的电场产生磁场.(2)如果在空间某区域中有____________变化的电场,那么它就在空间引起________变化的磁场;这个________的磁场又引起新的__________的电场……于是,变化的________和变化的________交替产生,由近及远向周围传播,形成了__________.2.电磁波(1)根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度与磁感应强度互相________,而且二者均与波的传播方向________,因此电磁波是________.(2)电磁波在真空中传播的速度等于__________,麦克斯韦指出了光的________本质.3.赫兹的电火花赫兹做了一系列的实验,观察到了电磁波的反射、________、________、衍射和偏振等现象.并通过测量证明,电磁波在真空中具有与______相同的速度.这样,赫兹证实了麦克斯韦关于光的____________,赫兹在人类历史上首先捕捉到了__________.4.电磁波与机械波的比较(1)电磁波和机械波的共同点①二者都能产生干涉和衍射.②二者在不同介质中传播时频率不变.③二者都满足波的公式v=λT=λf.(2)电磁波和机械波的区别①二者本质不同电磁波是电磁场的传播,机械波是质点机械振动的传播.②传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应,机械波的传播机理是质点间的机械作用.③电磁波传播不需要介质,而机械波传播需要介质.④电磁波是横波,机械波既有横波又有纵波,甚至有的机械波同时有横波和纵波,例如地震波.深度思考空间存在如图1所示的电场,那么在空间能不能产生磁场?在空间能不能形成电磁波?图1例1关于电磁场理论,下列说法正确的是()A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场1.恒定的磁场不会产生电场,同样,恒定的电场也不会产生磁场.2.均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场,同样,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.3.周期性变化的磁场在周围空间产生同频率周期性变化的电场,同样,周期性变化的电场在周围空间产生同频率周期性变化的磁场.针对训练某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示,能发射电磁波的电场是()例2(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中,正确的是()A.机械波和电磁波,本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关,而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象机械波的传播速度完全由介质决定,而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定.二、电磁振荡1.电磁振荡的产生(1)振荡电流和振荡电路①振荡电流:大小和________都做周期性迅速变化的电流.②振荡电路:产生____________的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路.(2)电磁振荡的过程放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷____________,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为__________,振荡电流逐渐增大,放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能.充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持________________逐渐减小,电容器将进行____________,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,振荡电流逐渐减小,充电完毕,电流减小为零,磁场能全部转化为电场能. 此后,这样充电和放电的过程反复进行下去.如图2所示图22.电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡的周期T:电磁振荡完成一次____________需要的时间.(2)电磁振荡的频率f:1s内完成的周期性变化的________.(3)LC电路的周期T、频率f与自感系数L、电容C的关系是T=2πLC、f=12πLC.深度思考为什么LC回路放电完毕时,电流反而最大?例3(多选)如图3所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯泡D正常发光,现突然断开S,并开始计时,能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图象是(图中q为正值表示a极板带正电)()图31.线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能E磁与电流i的变化规律相同;电容器极板间的电压u、电场强度E、电场能E电、线圈自感电动势E线的变化规律与电荷量q的变化规律相同.2.上述两组物理量,当其中一组物理量增大时,另一组物理量随之减小.1.(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是()A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场,振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体,即电磁场2.(麦克斯韦电磁场理论)用麦克斯韦的电磁场理论判断,图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是()3.(电磁波的特点)(多选)下列关于电磁波的说法中,正确的是()A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时,波长将变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象4.(电磁振荡)(多选)在LC回路中,电容器两端的电压随时间t变化的关系如图4所示,则()图4A.在时刻t1,电路中的电流最大B.在时刻t2,电路中的磁场能最大C.从时刻t2至t3,电路的电场能不断增大D.从时刻t3至t4,电容器的带电荷量不断增大提醒:完成作业第十四章 1[答案]精析一、1.(1)变化变化(2)周期性周期性变化变化电场磁场电磁波 2.(1)垂直垂直横波(2)光速c电磁 3.折射干涉光电磁理论电磁波深度思考如题图所示的电场是均匀变化的,根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出新的电场,故不会产生电磁波.例1D[根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场能产生磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场才产生变化的磁场.]针对训练D[图A中电场不随时间变化,不会产生磁场;图B和图C中电场都随时间做均匀的变化,只能在周围产生稳定的磁场,也不会产生和发射电磁波;图D中电场随时间做不均匀的变化,能在周围空间产生变化的磁场,而这磁场的变化也是不均匀的,又能产生变化的电场,从而交织成一个不可分割的统一体,即形成电磁场,能发射电磁波.]例2BCD[机械波由振动产生;电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生,机械波是能量波,传播需要介质,速度由介质决定,电磁波是物质波,波速由介质和自身的频率共同决定;机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,故选项B、C、D正确.]二、1.(1)①方向②振荡电流(2)逐渐减少磁场能原来的方向反向充电 2.(1)周期性变化(2)次数深度思考开始放电时,由于线圈的自感作用,放电电流不是突然变大,而是逐步增大,随着线圈的阻碍作用减弱,放电电流逐渐增大.当放电完毕时,线圈的阻碍最小,电流达到最大.例3BC[S断开前,电容器C短路,线圈中电流从上到下,电容器不带电;S断开时,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时(a板带负电),线圈L中电流减为零.此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流.综上所述,选项B、C正确.]对点检测自查自纠1.C 2.C 3.AC 4.AD。
14.2 电磁振荡的教学设计教材分析及处理:1教材的地位及作用:电磁振荡知识是前面所学的电磁学,机械振动,机械波等知识的继续;又是后面学习电磁波,电视,雷达等知识的基础,因此,电磁振荡知识在教材中的地位就相当于一座承上启下的桥梁。
2教材的加工处理:本节课是电磁振荡的第二课时,重点是电磁振荡周期频率概念的理解和LC回路周期频率决定因素的探究及应用两大方面知识。
对于电磁振荡周期频率的概念教材是直接给出的,不利于学生接受理解,因此,对于这一问题我采用多媒体手段动态模拟电磁振荡过程,并引导学生观察i、q、E、B各物理量的变化特点,发现周期性变化这一特点,从而得出电磁振荡的周期频率的概念;对于第二个问题,教材是通过实验得出的,我则采用由学生讨论探究方案,大家论证,然后实际探究这样的程序解决。
但是,因为条件的限制,不能由学生亲自动手实验,而改用给出科学实验数据,学生由分析数据的方式解决问题。
教学目标及重、难点:1学情分析:学生在学习圆周运动,机械运动,交流电等知识时就对周期频率的概念有了较好的理解,这是对电磁振荡周期频率概念理解的基础。
对于“控制变量法”,学生在前面研究加速度,单摆振动周期决定因素,电阻定律等问题时都运用了这一研究问题的科学方法,因此,学生对“如何探究LC回路周期频率决定因素”这一问题会有一个比较清晰的思路。
学生头脑中的物理情景往往是静止的,不连续的,因此,学生对电磁振荡这一动态变化过程的理解分析会有一定的片面性。
2确定教学目标及重、难点:教学目标:知识与技能目标:a知道电磁振荡周期频率的概念。
b会用LC回路周期频率公式进行相关计算。
过程与方法目标:学生通过问题的探究,加深对“控制变量法”的理解。
情感、态度、价值观目标:学生通过对LC回路周期频率决定因素的探究,体验科学探究的乐趣,养成实事求是的科学态度。
2)教学重点:“LC回路周期频率由哪些因素决定”的探究。
3)教学难点:电磁振荡过程中i、q、E、B变化特点的分析。
多年来,《永不消失的电波》《谍影》《保密局的枪声》《羊城暗哨》《英雄虎胆》《潜伏》《风声》等电影或电视剧都曾风靡大江南北,这些电影或电视剧都属于谍战片。
在这些谍战片中,英勇机警的地下工作者都有一个和地下组织联系的重要工具——发报机。
课时14.1电磁波的发现电磁振荡1.了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。
2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。
3.通过对电磁振荡的实验观察,体会LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。
4.了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法。
重点难点:麦克斯韦电磁场理论,电磁振荡及LC振荡电路的工作过程。
教学建议:通过本节的学习,要对电磁场的理论有初步的定性了解。
了解电磁场理论建立的历史过程,使学生体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义,体会科学家研究物理问题的思想方法。
关于电磁振荡的学习,可以从演示着手,使学生获得一些感性认识后再学习LC振荡电路和振荡电流,了解在各个阶段电场能、电荷量、电压、电流、磁感应强度和磁场能的变化规律。
导入新课:如果说广播、电视给人们带来了休闲和娱乐,那么迅猛发展的移动通讯更加方便了人们的生活,它以通讯方式缩短了人们之间的距离,同时还兼容了休闲娱乐功能来丰富人们的生活。
当你在享受科技给生活带来的便捷时,你是否思考过电视广播、移动通讯的工作原理?你是否知道电磁波是怎样发现的?1.电磁波的发现(1)电磁波的预言第一个预言电磁波的是①英国(填一国家名)物理学家麦克斯韦。
麦克斯韦在法拉第等前人的基础上建立了完整的电磁场理论,它的两个基本观点:①变化的磁场产生②电场;②变化的电场产生③磁场。
(2)电磁波①根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,形成电场和磁场的统一体,它由近及远地向周围传播,这就是④电磁波。
14.1 电磁波的发现14.2 电磁振荡导学案电磁场和电磁波[先填空]1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场(如图1411所示).(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场(如图1412所示).图1411变化的磁场在其周围空间产生电场图1412变化的电场在其周围空间产生磁场2.电磁场:变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场.3.电磁波(1)电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的,这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波.(2)电磁波的特点:①电磁波是横波,电磁波在空间传播不需要介质;②电磁波的波长、频率、波速的关系:v=λf,在真空中,电磁波的速度c=3.0×108m/s.(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象.4.赫兹的电火花(1)赫兹实验的分析和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场,这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环,导线环中激发出感应电动势,使与导线环相连的金属球间也产生了电火花.这个导线环实际上是电磁波的检测器.结论:赫兹实验证实了电磁波的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性.(2)赫兹的其他成果赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象.测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c,证实了麦克斯韦关于光的电磁场理论.[再判断]1.变化的电场一定产生变化的磁场.(×)2.恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场.(×)3.电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s.(√)4.麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在.(×)[后思考]1.变化的磁场一定产生变化的电场吗?【提示】不一定.均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场.2.电磁场与静电场、静磁场相同吗?【提示】不同.电磁场是动态的,并且电场和磁场不可分割;静电场、静磁场单独存在.[核心点击]1.电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场.2.对麦克斯韦电磁场理论的理解1.关于电磁场理论的叙述,正确的是( )A.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场D.电场周围一定存在磁场E.磁场周围一定存在电场【答案】ABC2.下列关于电磁波的叙述中,正确的是( )A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时,波长变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象E.电磁波具有波的一切特征【答案】ACE3.麦克斯韦建立了完整的电磁场理论,______用实验证明了麦克斯韦预言的正确性,第一次发现了________,测定了电磁波的________和________,得到了电磁波的________,证实在真空中它等于________.【答案】赫兹电磁波波长频率波速光速电磁波的特点1.电磁波有波的一切特点:能发生反射、折射现象;能产生干涉、衍射等现象.2.电磁波是横波.在电磁波中,每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的,并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直.3.电磁波可以在真空中传播,向外传播的是电磁能.电磁振荡[先填空]1.振荡电流:大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.2.振荡电路:能够产生振荡电流的电路.最基本的振荡电路为LC振荡电路.3.电磁振荡:在LC振荡电路中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流,电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程.4.电磁振荡的周期与频率(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.(2)频率:1 s内完成周期性变化的次数.振荡电路里发生无阻尼振蒎时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率.(3)周期和频率公式:T=2πLC,f=12πLC.[再判断]1.在振荡电路中,电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能.(√)2.电容器放电完毕,电流最大.(√)3.L和C越大,电磁振荡的频率越高.(×)[后思考]1.在LC振荡电路一次全振动的过程中,电容器充电几次?它们的充电电流方向相同吗?【提示】充电两次,充电电流方向不相同.2.在电磁振荡的过程中,电场能与磁场能相互转化,什么时候磁场能最大?【提示】放电刚结束时,电场能全部转化成了磁场能.[核心点击]1.各物理量变化情况一览表图14-1-33.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图象(如图1414所示)图1414u、EE规律与qt图象相对应;EB规律与it图象相对应.4.分类分析(1)同步关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量:电量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的,即:q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量:振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的,即:i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步异变关系在LC振荡过程中,电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的,即q、E、EE同时减小时,i、B、EB同时增大,且它们的变化是同步的,也即:q、E、EE↑同步异向变化,i、B、EB↓.注意:自感电动势E的变化规律与qt图象相对应.4.LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图1415所示,则下列说法正确的是( )图1415A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大E.若电容器正在充电,则自感电动势正在阻碍电流增大【答案】BCD5.如图1416所示,LC电路的L不变,C可调,要使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz,则把电容________到原来的________.图1416【答案】减小1 46.如图1417所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S 处于闭合状态,灯D正常发光,现突然断开S,并开始计时,画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图象(q为正值表示a极板带正电).图1417【答案】解决电磁振荡问题的基本思路分析电磁振荡的过程时,可以结合图象,这样会使问题更直观.首先依据题意找出振荡图象的初状态,然后画出其电流或电荷量随时间变化的图象,根据时间关系,可以大体找出该时刻在图象上对应的位置,从而确定处于充电还是放电状态,最后再依据充、放电过程中各物理量的变化规律求解具体问题.。
《电磁振荡》教课方案【教课目的】一、知识与技术1.会剖析电磁振荡过程中极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感觉强度、磁场能等各物理量的变化规律。
2.理解电容、电感线圈在振荡过程中的作用。
3.知道振荡过程中振幅渐渐减小的原由,知道怎样获得振幅不变的振荡。
4.知道电磁振荡的周期与频次公式。
二、过程与方法1.经过对演示实验的察看,培育学生的察看能力、逻辑推理能力和想象能力。
2.经过对电磁振荡课件的察看,培育学生的剖析能力、比较能力和归纳能力。
三、感情态度与价值观1.经过对振荡过程中各物理量变化的剖析,让学生领会物理过程中的守恒思想。
2.经过画出一些物理量变化图形,让学生领会图象对复杂现象研究的简短之美、对称美、和睦美。
【教课要点】电磁振荡过程中各物理量的变化规律及各物理量变化之间的关系。
【教课难点】电容、电感线圈在振荡过程中的作用。
【教课方法】启迪学生思虑议论;对照总结归纳;演示实验;多媒体课件协助。
【教课模式】教师指引下的议论式。
【教课器具】电磁振荡演示实验仪;多媒体课件及配套设备;振荡过程剖析图表(提早印发给学生,一式两份)【教课过程】一、复习并引入新课师:什么叫机械振动,它有哪些重要的特色?生议论得:物体在某一地点双侧所做的来去运动叫机械振动,它的最重要的特色是一些物理量都做周期性的变化,如答复力、加快度、位移、速度、动能、势能等。
师:机械振动在介质中流传就形成了机械波,动的流传惹起的,我们把这类振动叫做电磁振荡,规律。
我们第1节学习的电磁波一定也是某种振本节课我们就研究电磁振荡的产生及变化二、新课教课板书一:电磁振荡的产生板书1.振荡电路──LC回路板图(如图-1所示)并介绍各构成部分,指出哪部分电路叫LC回路.板书2.电磁振荡的产生介绍与板图对应的LC回路实验装置、实验的做法。
先让学生猜可能看到什么现象,而后教师再演示(能够多做几次),让学生说出看到了什么现象?说了然什么?(电流表的指针左右摇动;摇动幅度愈来愈小,最后停止。
电磁振荡-人教版选修3-4教案一、教学目标1.通过本次课程的学习,学生将会了解电磁振荡的基本概念、产生机理、以及应用,进而加深对电磁学知识的理解。
2.培养学生独立思考问题、发现问题、解决问题的能力,让学生学会灵活应用掌握的知识。
3.提高学生对实验室操作的安全意识,培养学生独立进行实验的能力。
二、教学重难点1.掌握电磁振荡的基本概念、产生机理、以及应用。
2.学习电磁振荡的实验操作方法和实验数据处理方法。
三、教学内容1.电磁振荡的基本概念–电磁振荡的概念–电磁振荡的自由振荡和受迫振荡2.电磁振荡的产生机理–感应电动势的产生机理–电磁感应实验3.电磁振荡的应用–电磁场中的质点运动规律–电磁波的基本性质4.实验操作方法和数据处理方法–线路连接图设计–实验步骤–数据采集和处理方法四、教学方法1.讲授理论知识,解答学生疑问。
2.进行显微操作,让学生学习实验操作方法。
3.让学生自主实验,培养学生的实验技能。
4.展示实验结果,让学生分析实验数据。
五、教学评价1.学生在实验中是否能够掌握电磁振荡的操作方法。
2.学生是否能够独立思考问题,发现问题,在实验中解决问题。
3.学生是否能够理解电磁振荡的基本概念、产生机理、以及应用。
4.学生是否能够完成实验操作,并且对实验数据进行合理的处理和分析。
六、教学步骤1. 电磁振荡的基本概念1.讲解电磁振荡的概念,引导学生理解电磁振荡的特点和基本规律。
2.讲解电磁振荡的自由振荡和受迫振荡,解释振幅、振动频率、周期和角频率的意义。
3.通过例子进行解释,让学生深入理解电磁振荡的基本概念。
2. 电磁振荡的产生机理1.讲解感应电动势的产生机理,引导学生理解感应电动势的概念和本质。
2.进行电磁感应实验,让学生观察和体验感应电动势的产生过程。
3.引导学生分析实验现象,解释感应电动势的产生原因。
3. 电磁振荡的应用1.讲解电磁场中的质点运动规律,引导学生理解电磁场中质点的受力和运动轨迹。
2.讲解电磁波的基本性质,引导学生理解电磁波的产生和传播机理。
14.2电磁波的震荡
【学习目标】
1.知道什么是LC振荡电路和振荡电流.
2.知道LC回路中振荡电流的产生过程.
3.知道产生电磁振荡过程中,LC回路中能量转换情况,知道阻尼振荡和无阻尼振荡.
4.知道什么是电磁振荡的周期和频率,知道己c回路的周期和频率公式,并能进行简单的计算.知识回顾:
1.电磁波能在真空中传递信息吗?
答:可以
2.电磁波是怎样产生的?
答:通过电磁波的发射装置产生的
3.电磁波的产生条件?
答:LC回路
知识点一、电磁振荡
1.电磁振荡
(1)振荡电流和振荡电路:
①振荡电流:大小和方向都作周期性变化的电流叫振荡电流.
②振荡电路:能够产生振荡电流的电路,叫振荡电路.最简单的振荡电路为LC 回路. (2)电磁振荡:在振荡电路产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电压,电路中的电流,以及跟电荷相联系的电场,跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化,这种现象叫电磁振荡. (3)阻尼振荡和无阻尼振荡:
①阻尼振荡:在电磁振荡中,如果能量逐渐损耗,振荡电流的振幅会逐渐减小,直至停止振荡.
②无阻尼振荡:在电磁振荡中,如果无能量损失,振荡永远持续下去,这种振荡叫无阻尼振荡. 2.电磁振荡过程分析
振荡电流图像
电路状态
时刻t 0
/4T /2T
3/4T T
电量q 最多 0 最多 0 最多 电场能 最大
最大
最大
电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能
最大
最大
LC 回路中产生电磁振荡的过程:已充电的电容器刚要放电的瞬间,电路里没有电流,电容器两极板上的电荷最多.此时电场能最强,磁场能最弱.
电容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流不能立即达到最大值,而是由零逐渐增大,同时电容器极板上的电压逐渐减少,到放电完毕的瞬间,电容器极板上没有电荷,放电电流达到最大值.在这个过程中,电容器里的电场能逐渐减弱,磁场能逐渐增强,到放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能.
电容器放电完毕的瞬间,电流要保持原方向继续流动并减小,电容器反方向继续充电,极板上的电荷逐渐增多,电场能逐渐增强,磁场能逐渐减弱,到充电完毕,电场能最强,磁场能最弱.
此后,这样充电和放电的过程反复进行下去. 3. L C 回路的周期和频率
(1)影响因素:实验表明:电容或电感增加时,周期变长,频率变低;电容或电感增加时,周期变长,频率变低;电容或电感减小时,周期变短,频率变高.
(2)公式:2T π=
f =
其中:周期T 、频率f 、自感系数L 、电容C 的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉,符号分别是s Hz H F 、、、. (3)应用说明:
适当地选择电容器和线圈,就可以使振荡电路的周期和频率符合需要.在需要改变振荡电路的周期和频率时,可以用可变电容器和线圈组成电路,改变电容器的电容,振荡电路的周期和频率就随之改变. 例题
1. 关于LC 振荡电路中的振荡电流,下列说法中正确的是( ).
A .振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大
B .振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零
C .振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化成电场能
D .振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
【思路点拨】提示:磁场能与电流i 对应,电场能与电荷量q 对应,在等幅振荡中,磁场能与电场能的总量保持不变.
【答案】D
【解析】本题考查振荡电流和其他各物理量变化的关系.
振荡电流最大时,处于电容器放电结束瞬间,场强为零,A 项错误;振荡电流为零时,LC 回路振荡电流改变方向,这时的电流变化最快,电流强度变化率最大,线圈中自感电动势最大,B 项错误;振荡电流增大时,线圈中电场能转化为磁场能,C 项错误;振荡电流减小时,线圈中磁场能转化为电场能,D 项正确.
【总结升华】磁场能与电流i 对应,电场能与电荷量q 对应,在等幅振荡中,磁场能与电场能的总量保持不变.
课堂练习一:
图中画出一个LC 振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( ).
A .1t 时刻电感线圈两端电压最大
B .2t 时刻电容器两极间电压为零
C .1t 时刻电路中只有电场能
D .1t 时刻电容器带电荷量为零
【答案】D
【解析】本题考查认识i t 图像和利用图线分析问题的能力.
由图像知,计时开始时,电容器两极板带电荷量最大,电流为零,电容器放电开始,根据电流
随时间的变化规律,可以画出q t -图像(在图中用虚线表示).
由图像分析可知:1t 时刻,电容器上电荷量为零,电势差为零,电场能为零,故D 项正确,A 、C 两项错误;2t 时刻电容器电荷量q 最大,两板间电势差最大,B 项错误.
【总结升华】分析i t -图像时,画出对应的q t -图像,并注意到i 与B B E 、变化规律一致,q 与
E E U 、、电变化规律一致,可起到事半功倍的效果.
课堂练习二:
在如图甲所示电路中,L 是电阻不计的线圈,C 为电容器,R 为电阻,开关S 先是闭合的,现将开关S 断开,并从这一时刻开始计时,设电容器A 极板带正电时电荷量为正,则电容器A 极板上的电荷量q 随时间t 变化的图像是图中的( ).
【答案】B
【解析】开关S 闭合时,由于线圈电阻为零,线圈中有自左向右的电流通过,但线圈两端电压为零,与线圈并联的电容器极板上不带电,本题LC 回路的初始条件是线圈中电流最大,磁场能最大.电场能为零.
断开开关S 时,线圈中产生与电流方向相同的自感电动势,阻碍线圈中电流的减小,使线圈中电流继续自左向右流动,从而给电容器充电,B 板带正电,A 板带负电,电荷量逐渐增加,经4
T 电荷量达最大,这时LC 回路中电流为零;
42
T T
时间内,电容器放电,A 板上负电荷逐渐减少到零.此后在线圈中自感电动势的作用下,电容器被反向充电,A 板带正电,B 板带负电,并逐渐增多,增至最多后,又再次放电,所以A 极板上电荷量随时间变化的情况如图B 所示.
【总结升华】清楚电流与磁场对应,电荷量与电场对应,而电压跟电荷量变化趋向一致.因此可先根据所给条件或所给图像画出所求量的图像,并要准确理解各物理量的对应关系,再依据题目具体问题,具体分析.
课堂练习三:
在LC 振荡电路中,线圈的自感系数 2.5 mH L =,电容4F C μ=.
(1)该回路的周期多大?
(2)设0t =时,电容器上电压最大,在3
9.010s t =⨯-时,通过线圈的电流是增大还是减小,这时电容器是处在充电过程还是放电过程?
【答案】见解析
【解析】(1)36422 3.14 2.510410s 6.2810s T LC π---==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯. (2)因为3
9.010s t =⨯-相当于14.33个周期,故
1
0.3342
T T T <<,所以当39.010s t =⨯-时,LC 回路中的电磁振荡正处在第二个
4
T
的变化过程中. 0t =时,电容器上电压最大,极板上电荷量最多,电路中电流值为零,回路中电流随时间的变
化规律如图14-2-7所示:第一个14T 内,电容器放电,电流由零增至最大;第二个1
4
T 内,电容器被反向充电,电流由最大减小到零.
显然,在3
9.010s t =⨯-时,即在第二个14
T 内,线圈中的电流在减小,电容器正处在反向充电过程中.
【总结升华】分析具体过程时,可以把整个振荡周期分成四个
14T ,分别研究每一个1
4
T 内各量的变化情况,牢记电容器充、放电过程中各物理量的变化情况是解决此类问题的关键.。